水利工程隧洞混凝土衬砌裂缝的防范措施

(绥中县水利技术推广站，辽宁 葫芦岛 125200)

水利工程隧洞混凝土衬砌裂缝的防范措施

耿忠

(绥中县水利技术推广站，辽宁 葫芦岛 125200)

本文通过某水电站工程实践，分析了水利工程隧洞混凝土衬砌裂缝产生的原因，并对有效的控制方式做了尝试，在实际应用过程中取得了很明显的效果，为类似的裂缝控制提供了有力借鉴。

水利工程；隧洞；混凝土衬砌裂缝；防范措施

1 工程概况

某水电站共装机4台，总容量1000MW，水电站引水发电系统由引水隧洞、厂房和尾水隧洞等组成。引水隧洞采用单机单管方式；尾水隧洞共两条隧洞，长度932m。尾水隧洞混凝土的衬砌断面为圆形，厚度一般为50～60cm，某些地质条件较差洞段为80cm。在施工之始，底拱的混凝土浇筑共23仓255m(1仓单块长度15m，12仓7.5m)，边顶拱用钢模台车浇筑，共9仓67.5m。由于种种原因，产生了裂缝。经统计共有各种裂缝55条，主要为3种，并且均产生于同一单元块，有些无规律，大多为表面出现，比较细小。这种情况一定要进行分析和使用有效方法加以改善。

2 裂缝成因分析

2.1 施工工艺影响分析

浇筑的工序比较繁杂，分为4层浇筑，见下页图。

底拱翻模的浇筑施工分层示意图单位:cm

a.第一层先对底拱中的无模板部位进行浇筑，下料在距离上层钢筋15～20cm左右处停止，用第二层侧面余料进行浇筑。

b.第二层下料自两侧开始，一直浇筑到第一段模板底。

c.第3层浇筑至第1层模板的顶部，同第2层间要有恰当的间隙时间，若过早易导致流淌或鼓胀变形影响到体型，导致更多的人工摊平，若过晚易导致初凝。

d.要使3层的浇筑不流淌向2层，需设置5cm的挡板，置于与模板接触的钢筋的保护层里，翻模之后就拆掉，而且要填充混凝土。若浇筑时间过长，则底部的混凝土已经初凝，而新浇筑的混凝土与老混凝土之间易出现塑性的收缩裂缝。因此，要减少上层的浇筑给2层造成的侧向压力，必须进行第4层的浇筑。

第3层混凝土浇筑完毕后，对中间无模板部位要先使用方钢沿弧形刮轨将表面刮平，并去掉多余的混凝土，再进行人工抹面和收浆及压光的处理。其两侧存在模板的部位，在混凝土将要初凝时把模板翻开，将有问题的地方做人工抹面处理；挡板嵌缝的拆卸和施工全过程中容易出现卡管，使浇筑强度不均，是裂缝出现的原因之一。通过检查得知，水平纵向的缝隙通常集中于挡板与第2、3层的连接处，这通常是工艺施工控制引起的。

对混凝土的分层及分段浇筑如果对接头处处理不佳，混凝土接触处有初凝，则上下层的混凝土间的黏结力就很小，可导致各层间产生水平缝隙，在围岩渗水压力下渗有白浆就充分证明了这一点。

2.2 围岩基础约束影响分析

15m单元块的底拱混凝土中部都有1～2条环向缝隙，有的达3条之多。缝隙走向与洞轴线垂直或斜交，宽度为0.2～0.3mm，且中间较粗两端较细。而在强风化和岩石较破碎的区段，则很少有环向的裂缝。这说明洞室的岩壁衬砌其实是一个双向的薄层，且约束比较集中，因此分段和分块的尺寸十分关键，分块大容易导致结构性缝隙。

2.3 原材料分析

该水电站工程尾水隧洞衬砌所用水泥为P·O42.5普硅水泥，掺和料是高炉矿渣。在抽查的43组样品中细度的平均值是3.3%，大于表面积(最大为419m2/kg，平均385m2/kg)，因此干缩较大。使用普硅水泥易出现浅表性的温度缝隙和收缩缝隙。

该工程所用砂石料由本地灰砂岩制成。按该水电站的混凝土试验报告，用此料制成的混凝土干缩量为5×10-4，是通常情况下的2.5倍以上，而且骨料的粒形较差，成型不好，为粗料，导致拌制混凝土黏聚性与保水性较差，泵送混凝土的坍落度通常为16～19cm，水泥与拌制水量较大也是缝隙产生的一个内在原因。

2.4 温控分析

常见的混凝土裂缝大多是深度不一的表面裂缝，产生的原因是空气流动较大或温度差异。该水电站的4条引水隧洞通开以后，引水洞和尾水洞内外空气流动及温差很大，因为翻模施工于混凝土浇筑7～10h之后就进行了，且表层的保养措施也不全面到位，因此混凝土内外温差较大，易产生裂缝。比如底拱浇筑大概10d就能看到裂缝，而且比边顶拱的数量多，也证明了由于拆模过早，因地表温度较低而混凝土内部在浇筑之始水化热通常又较大，因此有较大梯度的温差，导致表面有很大拉应力，而且由于混凝土的干缩导致表面拉应力大于混凝土的抗拉强度，易产生缝隙。

3 控制裂缝的措施

3.1 改进施工工艺，缩短混凝土衬砌段长

在工艺上的问题为浇筑的强度过低及单元块浇筑的时间过长和因泵送设备的故障引起的冷缝等。为使混凝土的入仓有序，让浇筑规避初凝，泵送的混凝土送至下料平台后共设立6个下料点(中部2个，两边上下各1个)，经过溜槽根据需求送到各作业面上。

各仓面分块的长度从15m降为7.5m，增加结构缝，使浇筑强度同各个工序时间的间隔易于控制，保证浇筑连续性。经过改进，从开仓到收仓的用时大大减少了，使翻模和分层浇筑以及拆模抹面间的时间很容易控制。

3.2 加强围岩地基处理

在浇筑之前把比较尖的地方和不够平整的部位严格修整，提前30d将底拱的凹坑浇捣好垫层，用来规避过大的起伏，规避应力集中导致的裂缝。

3.3 改善水泥等原材料品质

因所用材料干缩均较大，容易导致裂缝，因此让水泥的生产厂家改进了细度。通过对19组样品进行检测和改进，比之前降低了24m2/kg。新增了水泥的降温散热及出厂存放的时间措施，让水泥的出厂温度大概为51℃，比之前下降了13℃，对C3A与C3S的含量进行控制，C3S需要保持在50%～55%，C3A控制在6%以内，水泥强度波动幅度得到一定减小，见表1、表2。

表1 水泥强度监测统计结果

表2 水泥细度及比表面积和出厂温度统计结果

对于砂石料进行了系统改善，配备了棒磨机，使粗骨料级配获得改进，人工砂的平均细度的模数为2.6～2.8，石粉量均为8.3%，相对较为规范，见表3。

表3 细骨料细度模数统计结果

3.4 混凝土配合比优化措施

一是选择材料的配比时，要先选择低中热的水泥来对骨料的级配进行改善，并保障砂子的细度，另选取I级的粉煤灰。二是调整砂率，提高粉煤灰的掺量(从15%提高到25%)，使混凝土的和易性有所改变。三是使用高效减水剂并适度降级坍落度，底拱一般为12～15cm，边顶拱一般为15～16cm，水胶比从0.467调为0.45，初凝的时间从之前10～12h变为6～8h。四是使用三级配。经过对配合比的变动，既可减少水泥使用，改善和易性，还能延迟温峰时间，使强度保证率提升至94%以上，另外，混凝土的抗压、防渗、抗冻等指标也满足设计要求。

4 结 语

经过对裂缝的形成原因进行分析并实施各种控制方法之后，裂缝情况得到明显好转，至2013年7月，两条尾水隧洞合计浇筑了底拱与边顶拱衬砌混凝土150仓600m，只增加了4条小缝隙，未有较长或者贯穿性的裂缝，这也证明文中阐述的裂缝控制方式成效是较为显著的。

[1]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社，2012.

[2]何欢.水利工程建筑裂缝及渗漏的产生原因与预防措施[J].民营科技，2011(7).

PreventiveMeasuresofHydraulicEngineeringTunnelConcreteLiningCracks

GENG Zhong

(SuizhongCountyWaterConservancyTechnologyExtensionStation,Huludao125200,China)

In the paper, reasons of hydraulic engineering tunnel concrete lining crack are analyzed through engineering practice of a hydropower station. The effective control mode is attempted. Prominent effect is achieved from actual application process, thereby providing powerful reference for similar crack control.

hydraulic engineering; tunnel; concrete lining cracks; preventive measures

TV523

A

1673-8241(2014)07-0019-03